石英钟是一种计时的器具，是它给我们指明时间。在日常生活中，时钟精准到1秒，就已经足够了。但在许多科学研究或工程技术的领域中对钟点的要求就要高得多。石英钟正是根据这种需要而产生的，其主要部件是一个产生稳定频率的石英振荡器。
世界上最早的石英钟
1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie发现了石英晶体受到压力时，表面会产生电荷，电荷量和电压成正比的关系。这种现象为压电效应（Piezoelectricity）。具有压电效应的物体称为压电体。
在第一次世界大战时，Paul Langevin发现石英谐振器可应用在声纳上。1921年Walter Guyton Cady制造了第一个石英晶体振荡器。
1920年后，石英晶体的性能发展的更加稳定。在晶体发明之前，无线电台用调谐电路来控制频率，然而电路很容易漂移3~4khz。由于电台的频率间隔只有10khz，相邻的电台很容易发生信号干扰。1926年，石英晶体应用在广播电台，并深受无线电运营商的欢迎.
1928年，沃伦.马里森（Warren Marrison）制造了世界上最早的石英钟，石英钟从诞生开始就是精准的代名词，每天的误差也仅仅一两秒。
沃伦.马里森 Warren Marrison
石英钟原理
石英钟的核心是石英晶体——压电石英晶片，其工作原理是压电效应，即石英晶体在某些方向受到机械应力后，便会产生电偶极子；相反，若在石英某方向施以电压，则其特定方向上会产生形变，这一现象称为逆压电效应。若在石英晶体上施加交变电场，则晶体晶格将产生机械振动，当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时，则出现晶体的谐振。由于石英晶体在压力下产出的电场强度很小，这样仅需很弱的外加电场即可产生形变，这一特性使压电石英晶体很容易在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损耗小，振荡频率极稳定。这些再加上石英优良的机械、电气和化学稳定性，使它自40年代以来就成为石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字电路有关的频率基准元件。
石英晶体具有一个有趣的特性，就是在一侧导入正电流，同时在另一侧导入负电流后，负电流一侧会收缩并弯曲成U字形。如果定时交替在石英晶体两侧导入正、负电流，石英晶体就会产生振荡。石英晶体就是根据这种振荡计时的，例如：电脑主板的石英晶体（14.31818MHz）每秒振荡14，318，180次。石英钟的工作原理就是如此，RTC实时时钟音叉型石英晶体谐振器（32.768KHz）每秒需要振荡32768次。具体来讲，如果晶体谐振器的精度为±10ppm，每天的误差就是0.864秒，而每个月时间误差为25.92秒，不到半分钟。
拓展阅读：32.768kHzRTC晶体为什么更容易受到干扰？
在手表、智能穿戴、MCU、智能家居、工业控制器、汽车电子、物联网设备应用中，都可以看到32.768kHz RTC晶体的身影。32.768kHz为什么比较容易受到干扰？主要与与RTC振荡器的低功耗、低驱动能力、高阻抗以及小信号特性有关。
为什么RTC晶体使用32.768kHz？
32768=2^15
32.768kHz → ÷2 → ÷2 → …… → 1Hz
15级二进制分频就可以得到1Hz。1Hz正好适合秒计时、分钟、小时、日期、定时唤醒。为了降低待机功耗，RTC振荡器通常不会使用很强的驱动。低功耗 → 低驱动 → 较小的振荡信号 → 对外部噪声更加敏感。
高速数字信号会干扰32.768kHz吗？
会。例如，一个100MHz的数字信号，其快速上升沿和下降沿会产生大量高频谐波。32.768kHz RTC晶体也可能受到附近高速数字电路产生的电场、磁场、电源噪声、地弹噪声的影响。
最常见的干扰为电容耦合。假设RTC_XIN / RTC_XOUT旁边有一条高速数字信号线。两者之间天然存在寄生电容。当高速信号快速变化时：高速信号 → 寄生电容 → RTC振荡节点 → 产生干扰。
RTC晶体受到干扰会有什么表现？
RTC时间变快或变慢：假设实际86400秒，RTC却可能累计出86400.5秒或者86399.8秒。长期下来就会出现时间误差。
频率发生短期变化：外部噪声可能使RTC振荡器瞬时工作点发生变化。
RTC抖动增加：对于普通时间显示可能影响不明显，但对于需要精确计时的系统需要特别关注抖动。
偶发停振：如果RTC振荡器本身的起振裕量就比较小，再加上低温、低电压、高ESR晶体、PCB噪声，可能导致振荡器停振。
唤醒功能异常：低功耗MCU通常用RTC晶体进行：休眠 → RTC计时 → 唤醒。如果RTC时钟异常，就可能影响定时唤醒、低功耗计时、周期采样、无线设备睡眠周期。
为什么RTC晶体不能像普通晶振一样随便放？
32.768kHz晶体通常建议尽量靠近MCU的RTC/OSC引脚。这样可以减少PCB寄生电容、减少寄生电感、减少干扰耦合、提高起振稳定性、减少PCB批次差异。另外，不要让RTC晶体走线长距离绕路。
RTC晶体为什么不建议使用过大的负载电容？
RTC振荡器通常是低功耗设计。如果外部负载过大：振荡器驱动负载增加 → 起振困难 → 起振时间增加 → 低温或低电压条件下稳定性下降 → 可能不起振。
RTC晶体的ESR为什么也很重要？
低频晶体的等效串联电阻ESR可能相对较高。而低功耗RTC振荡器的驱动能力又比较有限。晶体ESR过高 → 振荡器驱动能力不足 → 负阻裕量下降 → 起振困难。
为什么有时候RTC晶体在实验室正常，量产后却出现问题？
RTC振荡器对PCB和器件差异可能比较敏感。假设样机工作正常，到了量产时，可能因为以下问题出现RTC起振变慢或者偶发停振的情况：PCB板材批次变化、焊盘工艺变化、晶体批次变化、MCU批次变化、温度变化、电池电压下降等。
